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Mining und Proof of Stake

Wie sich Blockchains auf den nächsten Block einigen: Mining per Proof of Work, Validierung per Proof of Stake und die Vor- und Nachteile beider Verfahren.

4 Min. · 780 WörterAktualisiert: #grundlagen#mining#staking#konsens

Eine Blockchain ist ein gemeinsames Register, das Tausende unabhängige Computer führen. Keiner von ihnen hat das Sagen, und doch müssen sich alle einig sein, welche Transaktionen in welcher Reihenfolge stattgefunden haben. Das Regelwerk, mit dem sie diese Einigung erzielen, heißt Konsensmechanismus. Die beiden verbreitetsten sind Proof of Work (PoW), das auf Mining beruht, und Proof of Stake (PoS), das auf Validatoren setzt, die Coins hinterlegen.

Warum eine Blockchain Konsens braucht

Stellen Sie sich vor, jeder könnte nach Belieben Blöcke hinzufügen. Zwei Personen könnten widersprüchliche Versionen der Historie veröffentlichen, oder jemand könnte versuchen, dieselben Coins zweimal auszugeben. Ein Konsensmechanismus löst das, indem er das Vorschlagen von Blöcken kostspielig macht und allen eine klare Regel an die Hand gibt, welche Kette die gültige ist. Gerade diese Kosten machen Betrug unattraktiv: Ein Angreifer müsste enorme Ressourcen aufwenden, um die Historie umzuschreiben.

Proof of Work: Mining

Proof of Work wurde mit Bitcoin eingeführt, und Bitcoin nutzt das Verfahren bis heute.

So funktioniert Mining

Miner sammeln ausstehende Transaktionen in einem Kandidatenblock. Um ihn an die Kette anzuhängen, müssen sie eine Zahl finden, die zusammen mit den Blockdaten durch eine Hashfunktion geschickt ein Ergebnis unterhalb eines bestimmten Zielwerts liefert. Eine Abkürzung gibt es nicht: Eine solche Zahl findet man nur, indem man riesige Mengen an Kandidaten durchprobiert. Spezialisierte Hardware erledigt das milliardenfach pro Sekunde.

Der Miner, der als Erster eine gültige Lösung findet, verbreitet den Block im Netzwerk. Andere Nodes können die Lösung sofort überprüfen, obwohl es schwer war, sie zu finden. Der erfolgreiche Miner erhält die Blockbelohnung, bestehend aus neu geschaffenen Coins und Transaktionsgebühren.

Schwierigkeit

Kämen mehr Miner hinzu, würden Blöcke schneller gefunden. Um das zu verhindern, passt das Netzwerk die Schwierigkeit (Difficulty) der Aufgabe an. Bei Bitcoin geschieht das etwa alle 2.016 Blöcke, sodass die durchschnittliche Blockzeit bei rund 10 Minuten bleibt.

Stärken und Kritik bei PoW

  • Stärken: eine lange Erfolgsbilanz, ein einfaches und gut erforschtes Sicherheitsmodell sowie eine Absicherung durch reale Ressourcen, die sich kaum fälschen lassen.
  • Kritik: hoher Stromverbrauch, und das Mining konzentriert sich tendenziell dort, wo Hardware und Strom am günstigsten sind. Zudem bündeln große Mining-Pools die Rechenarbeit vieler Teilnehmer.

Proof of Stake: Validatoren

Proof of Stake ersetzt Rechenleistung durch wirtschaftliches Engagement. Statt Maschinen zu kaufen und Strom zu bezahlen, hinterlegen die Teilnehmer die netzwerkeigenen Coins als Einsatz (Stake).

So funktioniert die Validierung

Wer Coins hinterlegt, wird zum Validator. Das Protokoll wählt Validatoren aus, die neue Blöcke vorschlagen; andere Validatoren prüfen diese und stimmen darüber ab – bei Ethereum heißen diese Stimmen Attestations. Die Auswahl erfolgt zufällig, aber gewichtet nach der Höhe des Einsatzes. Validatoren, die sich an die Regeln halten, erhalten Belohnungen aus dem Protokoll und aus Gebühren.

Slashing

Der Schlüssel zur Sicherheit von Proof of Stake liegt darin, dass Fehlverhalten bestraft wird. Versucht ein Validator zu betrügen, etwa indem er zwei widersprüchliche Blöcke signiert, kann das Protokoll einen Teil seines Einsatzes vernichten. Das nennt man Slashing. Auch Validatoren, die schlicht offline sind, können kleine Beträge verlieren. Ein Angreifer müsste also einen sehr großen Teil aller gestakten Coins erwerben und liefe Gefahr, sie zu verlieren.

Ethereum als wichtigstes Beispiel

Ethereum startete 2015 mit Proof of Work. Im September 2022 wechselte das Netzwerk mit einem Upgrade namens The Merge zu Proof of Stake. Wer einen Validator eigenständig betreiben will, hinterlegt 32 ETH. Wer weniger besitzt oder keinen Server betreiben möchte, nutzt oft Staking-Dienste oder Pools – was Vertrauen in einen Dritten voraussetzt und eigene Risiken mit sich bringt.

Stärken und Kritik bei PoS

  • Stärken: ein weitaus geringerer Energieverbrauch, keine spezialisierte Hardware und Strafen, die direkt das Kapital von Angreifern treffen.
  • Kritik: Wer mehr Coins hält, hat mehr Einfluss, große Staking-Anbieter könnten Kontrolle bündeln, und das Konzept ist komplexer und jünger als Proof of Work.

Beide Verfahren im Vergleich

  • Eingesetzte Ressource: Strom und Hardware bei PoW, hinterlegte Coins bei PoS
  • Wer Blöcke erzeugt: Miner bei PoW, Validatoren bei PoS
  • Strafe: verschwendete Energie für einen unterlegenen Miner bei PoW, Slashing des Einsatzes bei PoS
  • Wichtigste Beispiele: Bitcoin für PoW, Ethereum für PoS

Ein Hinweis zu Belohnungen

Sowohl Mining als auch Staking werden belohnt, doch keines von beiden garantiert einen Gewinn. Die Einnahmen aus dem Mining hängen von Hardware, Stromkosten und Wettbewerb ab. Staking-Belohnungen schwanken mit den Bedingungen im Netzwerk, und gestakte Coins können an Wert verlieren oder durch Slashing gekürzt werden. Wer über einen Dritten stakt, vertraut diesem Dienst zudem sein Geld an.

Das Wichtigste in Kürze

  • Konsensmechanismen ermöglichen es unabhängigen Computern, sich auf eine gemeinsame Historie zu einigen.
  • Proof of Work sichert die Kette mit Rechenleistung ab; Bitcoin nutzt dieses Verfahren.
  • Proof of Stake sichert die Kette mit hinterlegten Coins und Strafen ab; Ethereum nutzt es seit The Merge im Jahr 2022.
  • Jeder Ansatz hat eigene Vor- und Nachteile bei Energieverbrauch, Dezentralisierung und Komplexität.